FR2735222A1 - PROXIMITY HALL EFFECT SENSOR FOR DETECTING THE PRESENCE AND / OR PASSAGE OF A FERROMAGNETIC OBJECT - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un capteur à effet Hall, adapté pour détecter un objet ferromagnétique (11), comprenant une puce de circuit intégré incluant un élément plan à effet Hall (14) qui est positionné dans, parallèle à, et définit un plan de capteur ayant un côté avant et un côté arrière, et lequel élément est perpendiculaire à, et centré sur un axe de capteur, et une structure magnétique (13) ayant un pôle N et un pôle S, la structure magnétique (13) étant positionnée derrière le plan de capteur et positionnée de sorte qu'un pôle S et un pôle N sont adjacents l'un à l'autre, et les deux sont adjacents à l'élément.The present invention relates to a Hall effect sensor, adapted to detect a ferromagnetic object (11), comprising an integrated circuit chip including a planar Hall element (14) which is positioned in, parallel to, and defines a sensor plane having a front side and a back side, and which element is perpendicular to, and centered on a sensor axis, and a magnetic structure (13) having an N pole and an S pole, the magnetic structure (13) being positioned behind the sensor plane and positioned so that an S pole and an N pole are adjacent to each other, and both are adjacent to the element.
Description
La présente invention concerne un capteur de proximité destiné à détecterThe present invention relates to a proximity sensor for detecting
la présence et/ou le passage d'un objet the presence and / or passage of an object
ferromagnétique, tel qu'une dent d'engrenage. ferromagnetic, such as a gear tooth.
La présente invention concerne un capteur de proximité destiné à détecter la présence et/ou le passage d'un objet ferromagnétique, tel qu'une dent d'engrenage, et plus particulièrement un tel capteur "à réaction" comprenant un assemblage d'une structure magnétique et d'une puce de circuit intégré ayant un élément à effet Hall, la puce étant montée à une extrémité de la structure magnétique et The present invention relates to a proximity sensor intended to detect the presence and / or the passage of a ferromagnetic object, such as a gear tooth, and more particularly such a "reaction" sensor comprising an assembly of a structure. magnetic and an integrated circuit chip having a Hall effect element, the chip being mounted at one end of the magnetic structure and
dans le champ magnétique créé par la structure magnétique. in the magnetic field created by the magnetic structure.
L'élément à effet Hall génère un signal électrique relatif à la résistance du champ magnétique perpendiculaire au plan de l'élément à effet Hall. Quand un objet ferromagnétique s'approche de l'élément à effet Hall, la résistance du champ magnétique perpendiculaire à l'élément à effet Hall est modifiée. Ainsi la distance et l'orientation physique entre l'objet et l'élément à effet Hall sont reflétées dans The Hall effect element generates an electrical signal relating to the resistance of the magnetic field perpendicular to the plane of the Hall effect element. When a ferromagnetic object approaches the Hall effect element, the resistance of the magnetic field perpendicular to the Hall effect element is changed. Thus the distance and physical orientation between the object and the Hall effect element are reflected in
le signal électrique généré par l'élément à effet Hall. the electrical signal generated by the Hall effect element.
Cela permet au capteur à effet Hall de détecter la distance This allows the Hall effect sensor to detect the distance
entre le capteur et l'objet ferromagnétique. between the sensor and the ferromagnetic object.
Une application tout à fait appropriée pour un capteur de ce type est dans la mesure de la vitesse de rotation ou de la position de rotation d'un engrenage ou d'un disque en forme d'engrenage. En plaçant ce type de capteur près de la périphérie de l'engrenage, la présence, la proximité, le passage et la fréquence de passage des dents d'engrenage A very suitable application for a sensor of this type is in the measurement of the rotational speed or the rotational position of a gear or a disc in the form of a gear. By placing this type of sensor near the periphery of the gear, the presence, proximity, passage and frequency of passage of the gear teeth
devant le capteur sont reflétés par le signal électrique. in front of the sensor are reflected by the electrical signal.
Ainsi, le capteur peut être utilisé comme un tachymètre, un compte- tours, ou pour contrôler un mouvement ou une Thus, the sensor can be used as a tachometer, a tachometer, or to control a movement or a
position de rotation ou linéaire.rotational or linear position.
Le capteur à effet Hall de l'art antérieur utilise une structure magnétique consistant en un aimant permanent The prior art Hall sensor uses a magnetic structure consisting of a permanent magnet
cylindrique avec un pôle (N ou S) à chaque extrémité plate. cylindrical with a pole (N or S) at each flat end.
La puce Hall est positionnée près d'une extrémité (et d'un pôle), et le plan de l'élément à effet Hall est parallèle The Hall chip is positioned near one end (and a pole), and the plane of the Hall effect element is parallel
au plan de l'extrémité de l'aimant. in the plane of the end of the magnet.
Les puces de circuit intégré de ces capteurs de proximité de l'art antérieur incluent presque toujours un amplificateur de tension Hall essentiellement linéaire pour amplifier la tension de sortie Hall. Beaucoup de ces circuits intégrés Hall incluent aussi un circuit de déclenchement Schmitt pour produire un signal de sortie binaire qui passe d'un niveau (un niveau d'attente) à l'autre niveau binaire (un niveau d'action) quand un objet ferreux atteint une distance critique à laquelle le champ magnétique, perpendiculaire à une face principale de la puce, dépasse une amplitude prédéterminée. Ces circuits sont normalement connectés en CC, de sorte que le capteur est capable de détecter des objets ferreux passants à une fréquence zéro (par exemple un par an) jusqu'à une The integrated circuit chips of these prior art proximity sensors almost always include an essentially linear Hall voltage amplifier to amplify the Hall output voltage. Many of these Hall integrated circuits also include a Schmitt trigger circuit to produce a binary output signal which goes from one level (a standby level) to the other binary level (an action level) when a ferrous object reaches a critical distance at which the magnetic field, perpendicular to a main face of the chip, exceeds a predetermined amplitude. These circuits are normally connected to DC, so that the sensor is capable of detecting ferrous objects passing at a zero frequency (for example one per year) up to a
fréquence très élevée (par exemple 100 kHz). very high frequency (for example 100 kHz).
Ce modèle de capteur de l'art antérieur a été développé pour détecter la présence d'une cible, telle qu'une dent This prior art sensor model was developed to detect the presence of a target, such as a tooth
d'engrenage qui était magnétisée, c'est-à-dire était elle- which was magnetized, that is to say, was it
même un aimant permanent. Bien qu'en théorie ce modèle puisse fonctionner comme un capteur pour des objets ferromagnétiques, c'est-à- dire des objets avec une haute perméabilité magnétique, tels que des objets en fer ou en alliages de fer, le modèle ne fonctionne pas bien dans toutes les applications. Une raison pour cette déficience, comme il sera évoqué ci-dessous, est la ligne de base très even a permanent magnet. Although in theory this model can work as a sensor for ferromagnetic objects, i.e. objects with high magnetic permeability, such as objects made of iron or iron alloys, the model does not work well in all applications. One reason for this deficiency, as will be discussed below, is the very baseline
haute ou le flux magnétique et signal aucun-objet-présent. high or magnetic flux and no-object-present signal.
Dans beaucoup de situations d'application, le signal objet- In many application situations, the object-
présent n'est pas tellement plus grand que le signal de ligne de base, et la présence de bruit électronique peut present is not much larger than the baseline signal, and the presence of electronic noise can
rendre le modèle de l'art antérieur peu fiable. make the prior art model unreliable.
Il s'est avéré qu'un modèle avec deux éléments à effet Hall est une amélioration dans certaines situations. En remplaçant l'élément à effet Hall unique par deux éléments étroitement espacés, connectés électriquement pour se neutraliser mutuellement à l'état de ligne de base, un bon signal peut être produit. Malheureusement, le signal est une transition de la ligne de base au fur et à mesure que chaque bord d'attaque et de fuite d'une dent passe devant le capteur. Dans une situation appropriée, il s'agit là d'un capteur utile pour mesurer la fréquence de passage des dents. Cependant, ce modèle ne fournit pas une indication fiable de la présence ou absence d'une dent ou d'un autre It turned out that a model with two Hall effect elements is an improvement in certain situations. By replacing the single Hall effect element with two closely spaced elements, electrically connected to neutralize each other in the baseline state, a good signal can be produced. Unfortunately, the signal is a baseline transition as each leading and trailing edge of a tooth passes in front of the sensor. In an appropriate situation, this is a useful sensor for measuring the frequency of passage of the teeth. However, this model does not provide a reliable indication of the presence or absence of a tooth or other
objet au moment de la mise sous tension. object at power up.
Dans beaucoup d'applications, la présence ou absence de la dent est utilisée pour communiquer une information au capteur. Par exemple, dans un moteur de voiture, un engrenage denté pourrait présenter une dent à un capteur In many applications, the presence or absence of the tooth is used to communicate information to the sensor. For example, in a car engine, a gear could present a tooth to a sensor
quand un cylindre particulier est en position d'allumage. when a particular cylinder is in the ignition position.
Après le lancement de la procédure d'allumage du moteur, le capteur retiendrait le carburant du cylindre jusqu'à ce que le capteur détecte la dent. De cette façon, du carburant non consommé ne serait pas évacué dans l'atmosphère pendant After initiating the engine ignition procedure, the sensor would retain fuel from the cylinder until the sensor detects the tooth. In this way, unused fuel would not be released into the atmosphere for
le démarrage, et la pollution au démarrage serait réduite. startup, and pollution at startup would be reduced.
Un tel système ne pourrait pas employer un signal non fiable ni un signal qui ne détecte que le passage d'un bord. Celles-ci et d'autres difficultés éprouvées avec les dispositifs de l'art antérieur ont été supprimées d'une Such a system could not use an unreliable signal or a signal which only detects the passage of an edge. These and other difficulties experienced with the devices of the prior art have been eliminated from a
manière novatrice par la présente invention. innovatively by the present invention.
Un objet de la présente invention est de fournir un procédé pour fabriquer un capteur de proximité d'objets ferromagnétiques à effet Hall, dans lequel le capteur est hautement sensible à la présence ou absence d'objets An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a proximity sensor of Hall effect ferromagnetic objects, in which the sensor is highly sensitive to the presence or absence of objects.
ferromagnétiques dans la région du capteur. ferromagnetic in the sensor region.
Un autre objet de la présente invention est de fournir un capteur de proximité d'objets ferromagnétiques à effet Hall qui est relativement insensible dans une plage de proximité et dans une plage d'éloignement de l'objet ferromagnétique du capteur. Un autre objet de la présente invention est de fournir un détecteur de dent d'engrenage qui génère un signal électrique qui distingue très clairement entre la situation dentprésente et la situation dent-absente, au moment de la mise sous tension, même pour des engrenages relativement éloignés. Un autre objet de la présente invention est de fournir un détecteur de dent d'engrenage qui est conçu de sorte que le flux magnétique mesuré par un élément à effet Hall (c'est-à-dire une densité de flux perpendiculaire au plan de l'élément à effet Hall) est faible en valeur absolue ou égal à zéro en cas d'absence ou d'éloignement de l'objet ferromagnétique. Selon l'invention, un capteur de proximité pour des objets ferromagnétiques comprend une structure magnétique, une puce de circuit intégré du type incluant un élément à effet Hall et des moyens de circuit pour générer un signal qui est fonction de la sortie de l'élément à effet Hall. La puce est installée par rapport à la structure magnétique, de sorte que la puce est adjacente à au moins deux pôles de la structure magnétique, et de sorte que substantiellement tout le flux magnétique de ligne de base traversant l'élément à effet Hall est parallèle au plan de l'élément à Another object of the present invention is to provide a proximity sensor of Hall effect ferromagnetic objects which is relatively insensitive in a proximity range and in a range of distance from the ferromagnetic object to the sensor. Another object of the present invention is to provide a gear tooth detector which generates an electrical signal which very clearly distinguishes between the present and the tooth-absent situation, at the time of energization, even for relatively gears. distant. Another object of the present invention is to provide a gear tooth detector which is designed so that the magnetic flux measured by a Hall effect element (i.e. a flux density perpendicular to the plane of l 'Hall effect element) is low in absolute value or equal to zero in the event of the absence or distance of the ferromagnetic object. According to the invention, a proximity sensor for ferromagnetic objects comprises a magnetic structure, an integrated circuit chip of the type including a Hall effect element and circuit means for generating a signal which is a function of the output of the element. Hall effect. The chip is installed relative to the magnetic structure, so that the chip is adjacent to at least two poles of the magnetic structure, and so that substantially all of the baseline magnetic flux passing through the Hall element is parallel in terms of the element to
effet Hall.Hall effect.
La présente invention concerne un capteur à effet Hall, adapté pour détecter un objet ferromagnétique, comprenant une puce de circuit intégré incluant un élément à effet Hall plan qui est positionné sur, parallèle à, et définit un plan de capteur ayant un côté avant et un côté arrière, et lequel élément est perpendiculaire à, et centré sur, un axe de capteur, et une structure magnétique ayant un pôle N et un pôle S, la structure magnétique étant positionnée derrière le plan du capteur et positionnée de sorte qu'un pôle S et un pôle N sont adjacents l'un à l'autre et les The present invention relates to a Hall effect sensor, adapted to detect a ferromagnetic object, comprising an integrated circuit chip including a plane Hall effect element which is positioned on, parallel to, and defines a sensor plane having a front side and a rear side, and which element is perpendicular to, and centered on, a sensor axis, and a magnetic structure having an N pole and an S pole, the magnetic structure being positioned behind the plane of the sensor and positioned so that a pole S and an N pole are adjacent to each other and the
deux sont adjacents à l'élément.two are adjacent to the element.
Dans le but de cette description, une structure For the purpose of this description, a structure
magnétique qui présente au moins un pôle N (ou une pièce polaire équivalente) et au moins un pôle S (ou une pièce polaire équivalente) à une seule face d'un aimant est appelée aimant lamellé. Si l'aimant lamellé est formé de couches de pièces magnétisées séparées, alors il est appelé aimant en sandwich. S'il est formé de zones magnétisées séparément d'une seule pièce d'un matériau magnétisable, alors il est appelé aimant multipolaire. Si la structure magnétique fournit un pôle magnétique à l'axe sur la face de l'aimant et l'autre pôle magnétique sur au moins les deux côtés de l'axe (N-S-N ou S-N-S), alors elle est magnetic which has at least one N pole (or an equivalent pole piece) and at least one S pole (or an equivalent pole piece) with only one side of a magnet is called laminated magnet. If the laminated magnet is formed from layers of separate magnetized parts, then it is called a sandwich magnet. If it is formed from magnetized areas separately from a single piece of magnetizable material, then it is called a multipole magnet. If the magnetic structure provides a magnetic pole to the axis on the face of the magnet and the other magnetic pole on at least both sides of the axis (N-S-N or S-N-S), then it is
appelée aimant lamellé symétrique. called symmetrical laminated magnet.
Le capteur à effet Hall est adapté pour détecter la présence d'un objet ferromagnétique à proximité du capteur, pour détecter la distance entre le capteur et un objet ferromagnétique, pour détecter la position d'un objet ferromagnétique par rapport au capteur, et/ou pour détecter la vitesse à laquelle un objet ferromagnétique passe devant The Hall effect sensor is suitable for detecting the presence of a ferromagnetic object near the sensor, for detecting the distance between the sensor and a ferromagnetic object, for detecting the position of a ferromagnetic object relative to the sensor, and / or to detect the speed at which a ferromagnetic object passes in front
le capteur.the sensor.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique forme un champ magnétique de détection devant l'aimant et s'étendant vers l'avant du plan de capteur, ledit champ imposant une composante de densité de flux magnétique dans et perpendiculaire à l'élément à effet Hall, la valeur de la composante étant liée à la position A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure forms a magnetic detection field in front of the magnet and extending towards the front of the sensor plane, said field imposing a magnetic flux density component in and perpendicular to the Hall effect element, the value of the component being linked to the position
de l'objet ferromagnétique dans le champ. of the ferromagnetic object in the field.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique forme un champ magnétique de détection devant l'aimant et s'étendant vers l'avant du plan de capteur, ledit champ imposant une composante de densité de flux magnétique dans et perpendiculaire à l'élément à effet Hall, la valeur de la composante étant liée à la position de l'objet ferromagnétique dans le champ, et dans lequel la valeur de la composante a une valeur de ligne de base qui a une valeur absolue de presque zéro Gauss et qui survient quand l'objet se trouve à une distance hors de portée du capteur. La valeur proche de zéro a une valeur absolue inférieure ou égale à 400 Gauss. La distance hors de portée est supérieure ou égale à 10 mm. L'élément à effet Hall se trouve à une distance de 0,5 à 2,0 mm de la structure magnétique. L'élément à effet Hall se trouve à une distance A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure forms a magnetic detection field in front of the magnet and extending towards the front of the sensor plane, said field imposing a magnetic flux density component in and perpendicular to the Hall effect element, the value of the component being linked to the position of the ferromagnetic object in the field, and in which the value of the component has a baseline value which has an absolute value of almost zero Gauss and which occurs when the object is at a distance out of range of the sensor. The value close to zero has an absolute value less than or equal to 400 Gauss. The distance out of range is greater than or equal to 10 mm. The Hall effect element is 0.5 to 2.0 mm from the magnetic structure. Hall effect element is at a distance
de 1 mm de la structure magnétique. 1 mm from the magnetic structure.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique a une face avant plate adjacente à la puce et parallèle au plan de capteur, ladite structure magnétique incluant au moins deux parties, dont l'une présente un pôle N à la face avant, et dont l'autre A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure has a flat front face adjacent to the chip and parallel to the sensor plane, said magnetic structure including at least two parts, one of which has an N pole on the front face, and whose other
présente un pôle S à la face avant. has an S pole on the front face.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique a une face avant plate adjacente à la puce et parallèle au plan de capteur, ladite structure magnétique incluant au moins deux parties, dont l'une présente un pôle N à la face avant, et dont l'autre présente un pôle S à la face avant, et une de ces parties est reculée par rapport à la face pour régler le champ magnétique de ligne de base créé par la structure magnétique. Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique a une face avant plate adjacente à la puce et parallèle au plan de capteur, ladite structure magnétique incluant au moins deux aimants permanents, dont l'un présente un pôle N à la face avant, et dont l'autre A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure has a flat front face adjacent to the chip and parallel to the sensor plane, said magnetic structure including at least two parts, one of which has an N pole on the front face, and the other of which has an S pole on the front face, and one of these parts is moved back with respect to the face to adjust the magnetic baseline field created by the magnetic structure. A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure has a flat front face adjacent to the chip and parallel to the sensor plane, said magnetic structure including at least two permanent magnets, one of which has an N pole on the front face , and whose other
présente un pôle S à la face avant. has an S pole on the front face.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique a une face avant plate adjacente à la puce et parallèle au plan de capteur, ladite structure magnétique incluant au moins un aimant permanent droit et au moins une pièce polaire qui est temporairement magnétisée par sa présence dans la structure magnétique, dont l'un présente un pôle N à la face avant, et dont A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure has a flat front face adjacent to the chip and parallel to the sensor plane, said magnetic structure including at least one straight permanent magnet and at least one pole piece which is temporarily magnetized by its presence in the magnetic structure, one of which has an N pole on the front face, and of which
l'autre présente un pôle S à la face avant. the other has an S pole on the front face.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique a une face avant plate adjacente à la puce et parallèle au plan de capteur, ladite structure magnétique incluant au moins deux aimants permanents et au moins une pièce polaire qui est positionnée entre les aimants permanents et qui est temporairement magnétisée par sa présence dans la structure magnétique, les aimants permanents présentant un des pôles magnétiques à la face avant, et la pièce polaire présentant l'autre pôle A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure has a flat front face adjacent to the chip and parallel to the sensor plane, said magnetic structure including at least two permanent magnets and at least one pole piece which is positioned between the permanent magnets and which is temporarily magnetized by its presence in the magnetic structure, the permanent magnets having one of the magnetic poles on the front face, and the pole piece having the other pole
magnétique à la face avant.magnetic on the front.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique a la forme d'un cylindre avec un axe magnétique et une face avant plate adjacente à la puce et A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure has the shape of a cylinder with a magnetic axis and a flat front face adjacent to the chip and
parallèle au plan de capteur.parallel to the collector plane.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique a la forme d'un cylindre avec un axe magnétique et une face avant plate adjacente à la puce et parallèle au plan de capteur, ladite structure magnétique incluant au moins deux aimants permanents, dont l'un présente un pôle N à la face avant, et dont l'autre A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure has the shape of a cylinder with a magnetic axis and a flat front face adjacent to the chip and parallel to the sensor plane, said magnetic structure including at least two permanent magnets, of which one has an N pole on the front, and the other
présente un pôle S à la face avant. has an S pole on the front face.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique a la forme d'un cylindre avec un axe magnétique et une face avant plate adjacente à la puce et parallèle au plan de capteur, ladite structure magnétique incluant au moins un aimant permanent droit et au moins une pièce polaire qui est temporairement magnétisée par sa présence dans la structure magnétique, dont l'un présente un pôle N à la face avant, et dont l'autre présente un pôle A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure has the shape of a cylinder with a magnetic axis and a flat front face adjacent to the chip and parallel to the sensor plane, said magnetic structure including at least one straight permanent magnet and at least one pole piece which is temporarily magnetized by its presence in the magnetic structure, one of which has an N pole on the front face, and the other of which has a pole
S à la face avant.S on the front panel.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique a la forme d'un cylindre avec un axe magnétique et une face avant plate adjacente à la puce et parallèle au plan de capteur, ladite structure magnétique incluant au moins deux aimants permanents et au moins une pièce polaire qui est positionnée entre les aimants permanents et qui est temporairement magnétisée par sa présence dans la structure magnétique, un des aimants permanents présentant au moins l'un des pôles magnétiques à la face avant, et la pièce polaire présentant l'autre pôle A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure is in the form of a cylinder with a magnetic axis and a flat front face adjacent to the chip and parallel to the sensor plane, said magnetic structure including at least two permanent magnets and at at least one pole piece which is positioned between the permanent magnets and which is temporarily magnetized by its presence in the magnetic structure, one of the permanent magnets having at least one of the magnetic poles on the front face, and the pole piece having the other pole
magnétique à la face avant.magnetic on the front.
Cependant, le principe de l'invention peut être le mieux compris en se référant à une de ses formes structurelles, comme représentées sur les dessins ci-joints, dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique sur laquelle sont montrées les caractéristiques générales de systèmes de capteur concernant la présente invention; la figure 2 est une vue schématique sur laquelle est montrée la façon dans laquelle la présente invention remplace la structure magnétique derrière la puce sur la figure 1 par une structure magnétique lamellée qui présente à la fois le pôle S et le pôle N à l'arrière de la puce et adjacents l'un à l'autre; la figure 3 est une vue en plan suivant l'axe de l'aimant qui est perpendiculaire à la face de l'aimant lamellé, aux faces avant et arrière de la puce et au plan de l'élément à effet Hall dans la puce; la figure 4 est une vue du modèle préféré de la structure magnétique, avec vue sur la face principale de l'aimant; la figure 5 est une vue de côté du modèle préféré de la structure magnétique; la figure 6 est une vue en perspective du modèle préféré de la structure magnétique, l'axe s'étendant vers le haut et en dehors du papier depuis la face lamellée principale; la figure 7a est un schéma de flux montrant la variation de champ magnétique en fonction de l'entrefer entre l'élément à effet Hall et l'engrenage dans une construction conçue antérieurement avec un seul pôle de l'aimant adjacent à l'élément à effet Hall et configurée pour contrôler le passage d'engrenages ferromagnétiques; la figure 7b est similaire à la figure 7a, excepté que la figure 7b utilise une cible avec des dents plus larges et un espace plus large entre les dents; la figure 8 concerne la configuration lamellée de la présente invention et est un schéma de flux à la mise sous tension de la densité de flux en Gauss, pour divers entrefers (distances entre dents et capteur) par rapport à la rotation de la cible (engrenage); la figure 9 est similaire à la figure 8 en ce que les deux concernent la configuration lamellée de la présente invention; la figure 10 présente un schéma de densité de flux à travers la face d'un aimant en sandwich (N-S-N) dans lequel deux aimants avec des pôles N en face sont séparés par une pièce polaire qui est alignée sur la face et présente un pôle S à la face; la figure 11 montre l'effet de la position de l'aimant par rapport à l'arrière de l'élément à effet Hall sur l'intensité du champ de base, pour un aimant en sandwich avec une pièce polaire en forme de T alignée; la figure 12 montre l'effet de reculer la pièce polaire par rapport à la face de l'aimant de Z mm sur la densité de flux de ligne de base (présence de creux) à travers la face d'un aimant en sandwich à pièce polaire en T; la figure 13 montre un schéma de flux à travers la face d'un aimant en sandwich à pièce polaire en T avec une pièce polaire reculée de 1,5 mm; la figure 14 est similaire à la figure 13 excepté que l'aimant utilisé pour générer les données de la figure 14 est un aimant en sandwich dans lequel l'élément central est un aimant droit inversé (ce n'est pas un T et pas seulement une pièce polaire) également décalé vers l'arrière de 1,5 mm; la figure 15 montre un capteur à effet Hall de dent d'engrenage à un seul pôle 10 du type connu dans l'art antérieur; la figure 16 montre une représentation schématique d'un engrenage qui est déplacé vers une position assez éloignée du capteur montré sur la figure 15, et les dents d'engrenage étant positionnées de part et d'autre du capteur de sorte que le capteur détecte l'espace entre les dents; la figure 17 montre le capteur et l'engrenage de la figure 16 o l'engrenage est tourné pour amener la dent à sa position la plus proche sur la trajectoire de rotation; la figure 18 montre un engrenage qui est positionné encore plus proche du capteur que celui de la figure 16; la figure 19 montre la rotation de l'engrenage montré sur la figure 18 de sorte que la dent d'engrenage se trouve dans sa position la plus proche du capteur; la figure 20 montre une vue schématique de la présente invention, telle qu'elle correspond à la structure de l'art antérieur montrée sur la figure 15. Sur la figure 20, la face magnétique sur laquelle est monté le capteur à effet Hall est montrée comme une structure lamellée; la figure 21 montre l'effet de déplacer l'engrenage à détecter vers une position relativement éloignée du capteur; la figure 22 montre l'effet quand l'engrenage montré sur la figure 21 est tourné pour amener la dent près du capteur; la figure 23 montre un agencement dans lequel l'engrenage, bien que toujours en position entre deux dents, est placé encore plus proche du capteur que les agencements montrés sur les figures 21 et 22; la figure 24 montre une position dans laquelle la rotation de l'engrenage positionné sur la figure 23 déplace la dent au plus proche du capteur; la figure 25 est une représentation graphique de la densité de flux à effet Hall détectée dans les diverses configurations montrées sur les figures 15 à 24; la figure 26 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut quatre pôles magnétisés et une face; la figure 27 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut deux pôles, une face, et un plateau en acier; la figure 28 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut quatre pôles, une face avec un plateau en acier; la figure 29 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut un pôle parallèle à l'épaisseur, avec un plateau en acier et un pôle central; la figure 30 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut un pôle parallèle à l'épaisseur avec une coupelle en acier; la figure 31 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut un pôle parallèle à l'épaisseur, avec une coupelle en acier et un pôle central; la figure 32 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut trois aimants alternatifs avec un plateau en acier; la figure 33 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut un pôle parallèle à l'épaisseur avec une cornière en acier; la figure 34 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut un pôle parallèle à l'épaisseur avec un canal en acier; la figure 35 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut des pôles parallèles à l'épaisseur, avec deux plateaux latéraux en acier; la figure 36 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut deux pôles magnétisés et une face (traversant); la figure 37 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut trois pôles magnétisés et une face (traversant); La figure 38 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut deux pôles magnétisés et une face (traversant), avec un plateau en acier; la figure 39 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut deux aimants avec un plateau en acier; la figure 40 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut trois pôles magnétisés et une face (traversant), avec un plateau en acier; la figure 41 est une série de vues en perspective de structures magnétiques qui présentent des pôles multiples à une seule face; la figure 42 est une vue en coupe d'un environnement d'application dans lequel l'ensemble de capteur de la présente invention peut être utilisé, et plus spécifiquement, la figure montre l'extrémité d'un essieu de roue d'une voiture; la figure 43 est un modèle informatique de l'effet d'une cible ferromagnétique rectangulaire lla sur le champ magnétique autour d'une structure magnétique 15a représentant les principes de la présente invention; la figure 44 correspond à la figure 43 et montre comment le déplacement de la cible lla vers la structure magnétique fait que les lignes de flux entre la cible et la structure magnétique se concentrent axialement vers l'intérieur; la figure 45 montre la densité de flux à travers la face d'une structure magnétique qui présente seulement un pôle N et un pôle S à l'arrière de la puce de capteur; la figure 46 montre le signal de passage d'engrenage produit par la structure magnétique montrée sur la figure ; la figure 47 est un tableau comparant les caractéristiques d'un élément à effet Hall et un capteur de However, the principle of the invention can be best understood by referring to one of its structural forms, as shown in the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a schematic view in which the general characteristics of sensor systems relating to the present invention; Figure 2 is a schematic view showing the manner in which the present invention replaces the magnetic structure behind the chip in Figure 1 with a laminated magnetic structure which has both the S pole and the N pole at the back of the chip and adjacent to each other; FIG. 3 is a plan view along the axis of the magnet which is perpendicular to the face of the laminated magnet, to the front and rear faces of the chip and to the plane of the Hall effect element in the chip; Figure 4 is a view of the preferred model of the magnetic structure, with a view of the main face of the magnet; Figure 5 is a side view of the preferred model of the magnetic structure; FIG. 6 is a perspective view of the preferred model of the magnetic structure, the axis extending upwards and out of the paper from the main laminated face; FIG. 7a is a flow diagram showing the variation of magnetic field as a function of the air gap between the Hall effect element and the gear in a construction previously designed with a single pole of the magnet adjacent to the element to Hall effect and configured to control the passage of ferromagnetic gears; Figure 7b is similar to Figure 7a except that Figure 7b uses a target with wider teeth and a wider space between the teeth; FIG. 8 relates to the laminated configuration of the present invention and is a flow diagram on energizing the flux density in Gauss, for various air gaps (distances between teeth and sensor) relative to the rotation of the target (gear ); Figure 9 is similar to Figure 8 in that both relate to the laminated configuration of the present invention; FIG. 10 presents a diagram of density of flux through the face of a sandwich magnet (NSN) in which two magnets with N poles opposite are separated by a pole piece which is aligned on the face and has a pole S to the face; Figure 11 shows the effect of the position of the magnet relative to the rear of the Hall effect element on the intensity of the base field, for a magnet sandwiched with an aligned T-shaped pole piece ; Figure 12 shows the effect of moving the pole piece back from the face of the magnet by Z mm on the baseline flux density (presence of pits) through the face of a piece sandwich magnet polar T; FIG. 13 shows a flow diagram through the face of a sandwich magnet with a T-shaped pole piece with a pole piece moved back by 1.5 mm; figure 14 is similar to figure 13 except that the magnet used to generate the data of figure 14 is a sandwich magnet in which the central element is an inverted straight magnet (it is not a T and not only a pole piece) also shifted backwards by 1.5 mm; FIG. 15 shows a Hall effect single-pole gear tooth sensor 10 of the type known in the prior art; Figure 16 shows a schematic representation of a gear which is moved to a position quite distant from the sensor shown in Figure 15, and the gear teeth being positioned on either side of the sensor so that the sensor detects the space between teeth; Figure 17 shows the sensor and the gear of Figure 16 o the gear is rotated to bring the tooth to its closest position on the rotation path; Figure 18 shows a gear which is positioned even closer to the sensor than that of Figure 16; Figure 19 shows the rotation of the gear shown in Figure 18 so that the gear tooth is in its position closest to the sensor; Figure 20 shows a schematic view of the present invention, as it corresponds to the structure of the prior art shown in Figure 15. In Figure 20, the magnetic face on which the Hall effect sensor is mounted is shown as a laminated structure; FIG. 21 shows the effect of moving the gear to be detected towards a position relatively distant from the sensor; Figure 22 shows the effect when the gear shown in Figure 21 is rotated to bring the tooth close to the sensor; Figure 23 shows an arrangement in which the gear, although still in position between two teeth, is placed even closer to the sensor than the arrangements shown in Figures 21 and 22; FIG. 24 shows a position in which the rotation of the gear positioned in FIG. 23 moves the tooth closest to the sensor; Figure 25 is a graphical representation of the Hall effect flux density detected in the various configurations shown in Figures 15 to 24; Figure 26 is a perspective view of a magnetic structure which includes four magnetized poles and one face; Figure 27 is a perspective view of a magnetic structure which includes two poles, one face, and a steel tray; Figure 28 is a perspective view of a magnetic structure which includes four poles, one side with a steel plate; Figure 29 is a perspective view of a magnetic structure which includes a pole parallel to the thickness, with a steel plate and a central pole; Figure 30 is a perspective view of a magnetic structure which includes a pole parallel to the thickness with a steel cup; Figure 31 is a perspective view of a magnetic structure which includes a pole parallel to the thickness, with a steel cup and a central pole; Figure 32 is a perspective view of a magnetic structure which includes three alternating magnets with a steel tray; Figure 33 is a perspective view of a magnetic structure which includes a pole parallel to the thickness with a steel angle; Figure 34 is a perspective view of a magnetic structure which includes a pole parallel to the thickness with a steel channel; Figure 35 is a perspective view of a magnetic structure which includes poles parallel to the thickness, with two lateral steel plates; Figure 36 is a perspective view of a magnetic structure which includes two magnetized poles and a face (through); Figure 37 is a perspective view of a magnetic structure which includes three magnetized poles and one face (through); Figure 38 is a perspective view of a magnetic structure which includes two magnetized poles and one face (through), with a steel plate; Figure 39 is a perspective view of a magnetic structure which includes two magnets with a steel tray; Figure 40 is a perspective view of a magnetic structure which includes three magnetized poles and one face (through), with a steel plate; Figure 41 is a series of perspective views of magnetic structures which have multiple poles on one side; Figure 42 is a sectional view of an application environment in which the sensor assembly of the present invention can be used, and more specifically, the figure shows the end of a wheel axle of a car ; Figure 43 is a computer model of the effect of a rectangular ferromagnetic target 11a on the magnetic field around a magnetic structure 15a showing the principles of the present invention; FIG. 44 corresponds to FIG. 43 and shows how the displacement of the target 11a towards the magnetic structure causes the lines of flux between the target and the magnetic structure to concentrate axially inwards; Figure 45 shows the flux density across the face of a magnetic structure which has only one N pole and one S pole on the back of the sensor chip; Figure 46 shows the gear passing signal produced by the magnetic structure shown in the figure; FIG. 47 is a table comparing the characteristics of a Hall effect element and a
substitut appelé élément magnétorésistant. substitute called magnetoresistant element.
En se référant d'abord à la figure 1, sur laquelle sont montrées les caractéristiques générales de systèmes de capteur 100 concernant la présente invention, le système inclut une cible ferromagnétique 11, telle qu'un engrenage en acier, une puce de capteur à effet Hall 12, et une structure magnétique 13. Sur la figure 1, la structure magnétique est du type conventionnel d'aimant droit, le pôle S étant à une extrémité adjacente à la puce, et le pôle N à l'autre extrémité. Ce système peut avoir un ou deux éléments à effet Hall 14 dans la puce, les deux choix, Referring first to Figure 1, which shows the general features of sensor systems 100 relating to the present invention, the system includes a ferromagnetic target 11, such as a steel gear, an effect sensor chip Hall 12, and a magnetic structure 13. In FIG. 1, the magnetic structure is of the conventional type of straight magnet, the pole S being at one end adjacent to the chip, and the pole N at the other end. This system can have one or two Hall 14 elements in the chip, both choices,
comme décrits ci-dessus, posent des problèmes. as described above, pose problems.
Comme le montre la figure 2, la présente invention remplace la structure magnétique 13 derrière la puce par une structure magnétique lamellée 15 qui présente à la fois le pôle S et le pôle N à la face arrière de la puce et adjacents l'un à l'autre. Cette disposition crée un champ magnétique plus approprié autour de l'élément plan à effet Hall 14. La figure 2 montre une construction simple en sandwich dans laquelle deux aimants droits de placage 16 et 17 sont fixés sur une barre centrale 18. La barre centrale 18 pourrait être un aimant permanent orienté avec ses pôles à l'opposé de ceux des aimants de placage. Alternativement, la barre centrale pourrait être une pièce polaire qui a une haute perméabilité magnétique (conduit facilement le flux As shown in FIG. 2, the present invention replaces the magnetic structure 13 behind the chip with a laminated magnetic structure 15 which has both the S pole and the N pole on the rear face of the chip and adjacent one to the other. 'other. This arrangement creates a more suitable magnetic field around the Hall effect planar element 14. Figure 2 shows a simple sandwich construction in which two straight clad magnets 16 and 17 are fixed on a central bar 18. The central bar 18 could be a permanent magnet oriented with its poles opposite those of the plating magnets. Alternatively, the central bar could be a pole piece which has a high magnetic permeability (easily conducts the flow
magnétique), mais n'est pas elle-même un aimant permanent. magnetic), but is not itself a permanent magnet.
Les aimants de placage induiraient un magnétisme provisoire dans la pièce polaire et la feraient réagir comme un aimant de pôle opposé, tant que la structure en sandwich est maintenue. Dans les deux cas, la structure magnétique présente à la fois les pôles S et N à l'arrière de la puce et expose l'élément à effet Hall au champ magnétique qui existe devant la surface multipolaire. Une telle construction peut aussi être réalisée en utilisant une seule pièce d'un matériau magnétisable de façon permanente qui a été magnétisée en trois zones séparées pour former la structure polaire décrite ci-dessus. La figure 3 est une vue en plan suivant l'axe de l'aimant. L'axe est perpendiculaire à la face de l'aimant lamellé, aux faces avant et arrière de la puce et au plan de l'élément à effet The plating magnets would induce temporary magnetism in the pole piece and cause it to react like an opposite pole magnet, as long as the sandwich structure is maintained. In both cases, the magnetic structure has both the S and N poles at the back of the chip and exposes the Hall effect element to the magnetic field that exists in front of the multipolar surface. Such a construction can also be achieved by using a single piece of permanently magnetizable material which has been magnetized into three separate areas to form the polar structure described above. Figure 3 is a plan view along the axis of the magnet. The axis is perpendicular to the face of the laminated magnet, to the front and rear faces of the chip and to the plane of the effect element
Hall dans la puce.Hall in the chip.
Les figures 4, 5, et 6 représentent le modèle préféré de la structure magnétique. La figure 6 est une vue en perspective du modèle préféré de la structure magnétique, l'axe s'étendant vers le haut et en dehors du papier depuis la face lamellée principale. Un plat longitudinal est montré et permet à des conducteurs électroniques, depuis une puce montée sur la face principale, de passer sur la longueur de l'aimant sans s'étendre en-dehors du profil de modèle circulaire de la coupe transversale de l'aimant parallèle à la face d'aimant principale. La figure 4 est une vue du modèle préféré, avec vue sur la face d'aimant principale. La figure 5 est une vue de côté du modèle préféré. La structure magnétique peut prendre un grand nombre de formes, comme il sera décrit ci-dessous. La caractéristique essentielle est que la structure magnétique doit former un champ magnétique autour de l'élément à effet Hall, lequel champ produit les effets quand l'élément est adjacent à Figures 4, 5, and 6 show the preferred model of the magnetic structure. Figure 6 is a perspective view of the preferred model of the magnetic structure, the axis extending upward and out of the paper from the main laminate face. A longitudinal plate is shown and allows electronic conductors, from a chip mounted on the main face, to pass along the length of the magnet without extending outside the circular pattern profile of the cross section of the magnet parallel to the main magnet face. Figure 4 is a view of the preferred model, with a view of the main magnet face. Figure 5 is a side view of the preferred model. The magnetic structure can take many forms, as will be described below. The essential characteristic is that the magnetic structure must form a magnetic field around the Hall effect element, which field produces the effects when the element is adjacent to
deux pôles différents qui sont adjacents l'un à l'autre. two different poles that are adjacent to each other.
Typiquement les deux pôles sont présentés à la face arrière du CI Hall. Le recul d'un ou de plusieurs pôles peuvent Typically the two poles are presented on the rear face of the CI Hall. The decline of one or more poles can
optimiser le champ.optimize the field.
La présente invention concerne un capteur à effet Hall, adapté pour détecter un objet ferromagnétique, comprenant une puce de circuit intégré incluant un élément plan à effet Hall qui est positionné dans, parallèle à, et définit un plan de capteur ayant un côté avant et un côté arrière, et lequel élément est perpendiculaire à, et centré sur, un axe de capteur, et une structure magnétique ayant un pôle N et un pôle S, la structure magnétique étant positionnée derrière le plan de capteur et positionnée de sorte qu'un pôle S et un pôle N sont adjacents l'un à l'autre et les The present invention relates to a Hall effect sensor, adapted to detect a ferromagnetic object, comprising an integrated circuit chip including a planar Hall element which is positioned in, parallel to, and defines a sensor plane having a front side and a rear side, and which element is perpendicular to, and centered on, a sensor axis, and a magnetic structure having an N pole and an S pole, the magnetic structure being positioned behind the sensor plane and positioned so that a pole S and an N pole are adjacent to each other and the
deux sont adjacents à l'élément.two are adjacent to the element.
Le capteur à effet Hall est adapté pour détecter la présence d'un objet ferromagnétique à proximité du capteur, pour détecter la distance entre le capteur et un objet ferromagnétique, pour détecter la position d'un objet ferromagnétique par rapport au capteur, et/ou pour détecter la vitesse à laquelle un objet ferromagnétique passe devant The Hall effect sensor is suitable for detecting the presence of a ferromagnetic object near the sensor, for detecting the distance between the sensor and a ferromagnetic object, for detecting the position of a ferromagnetic object relative to the sensor, and / or to detect the speed at which a ferromagnetic object passes in front
le capteur.the sensor.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique forme un champ magnétique de détection devant l'aimant et s'étendant vers l'avant du plan de capteur, ledit champ imposant une composante de densité de flux magnétique dans et perpendiculaire à l'élément à effet Hall, la valeur de la composante étant liée à la position A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure forms a magnetic detection field in front of the magnet and extending towards the front of the sensor plane, said field imposing a magnetic flux density component in and perpendicular to the Hall effect element, the value of the component being linked to the position
de l'objet ferromagnétique dans le champ. of the ferromagnetic object in the field.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique forme un champ magnétique de détection devant l'aimant et s'étendant vers l'avant du plan de capteur, ledit champ imposant une composante de densité de flux magnétique dans et perpendiculaire à l'élément à effet Hall, lavaleur de la composante étant liée à la position de l'objet ferromagnétique dans le champ, et dans lequel la valeur de la composante a une valeur de ligne de base qui a une valeur absolue de presque zéro Gauss et qui survient quand l'objet se trouve à une distance hors de portée du capteur. La valeur proche de zéro a une valeur absolue inférieure ou égale à 400 Gauss. La distance hors de portée est supérieure ou égale à 10 mm. L'élément à effet Hall se trouve à une distance de 0,5 à 2,0 mm de la structure magnétique. L'élément à effet Hall se trouve à une distance A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure forms a magnetic detection field in front of the magnet and extending towards the front of the sensor plane, said field imposing a magnetic flux density component in and perpendicular to the Hall effect element, the value of the component being related to the position of the ferromagnetic object in the field, and in which the value of the component has a baseline value which has an absolute value of almost zero Gauss and which occurs when the object is at a distance out of range of the sensor. The value close to zero has an absolute value less than or equal to 400 Gauss. The distance out of range is greater than or equal to 10 mm. The Hall effect element is 0.5 to 2.0 mm from the magnetic structure. Hall effect element is at a distance
de 1 mm de la structure magnétique. 1 mm from the magnetic structure.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique a une face avant plate adjacente à la puce et parallèle au plan de capteur, ladite structure magnétique incluant au moins deux parties, dont l'une présente un pôle N à la face avant, et dont l'autre A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure has a flat front face adjacent to the chip and parallel to the sensor plane, said magnetic structure including at least two parts, one of which has an N pole on the front face, and whose other
présente un pôle S à la face avant. has an S pole on the front face.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique a une face avant plate adjacente à la puce et parallèle au plan de capteur, ladite structure magnétique incluant au moins deux parties, dont l'une présente un pôle N à la face avant, et dont l'autre présente un pôle S à la face avant, et une de ces parties est reculée par rapport à la face pour régler le champ A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure has a flat front face adjacent to the chip and parallel to the sensor plane, said magnetic structure including at least two parts, one of which has an N pole on the front face, and the other of which has an S pole on the front face, and one of these parts is moved back relative to the face to adjust the field
magnétique créé par la structure magnétique. magnetic created by the magnetic structure.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique a une face avant plate adjacente à la puce et parallèle au plan de capteur, ladite structure magnétique incluant au moins deux aimants permanents, dont l'un présente un pâle N à la face avant, et dont l'autre A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure has a flat front face adjacent to the chip and parallel to the sensor plane, said magnetic structure including at least two permanent magnets, one of which has a pale N on the front face , and whose other
présente un pôle S à la face avant. has an S pole on the front face.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique a une face avant plate adjacente à la puce et parallèle au plan de capteur, ladite structure magnétique incluant au moins un aimant permanent droit et au moins une pièce polaire qui est temporairement magnétisée par sa présence dans la structure magnétique, dont l'un présente un pôle N à la face avant, et dont A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure has a flat front face adjacent to the chip and parallel to the sensor plane, said magnetic structure including at least one straight permanent magnet and at least one pole piece which is temporarily magnetized by its presence in the magnetic structure, one of which has an N pole on the front face, and of which
l'autre présente un pôle S à la face avant. the other has an S pole on the front face.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique a une face avant plate adjacente à la puce et parallèle au plan de capteur, ladite structure magnétique incluant au moins deux aimants permanents et au moins une pièce polaire qui est positionnée entre les aimants permanents et qui est temporairement magnétisée par sa présence dans la structure magnétique, un des aimants permanents présentant au moins l'un des pôles magnétiques à la face avant, et la pièce polaire présentant l'autre pôle A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure has a flat front face adjacent to the chip and parallel to the sensor plane, said magnetic structure including at least two permanent magnets and at least one pole piece which is positioned between the permanent magnets and which is temporarily magnetized by its presence in the magnetic structure, one of the permanent magnets having at least one of the magnetic poles on the front face, and the pole piece having the other pole
magnétique à la face avant.magnetic on the front.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique a la forme d'un cylindre avec un axe magnétique et une face avant plate adjacente à la puce et A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure has the shape of a cylinder with a magnetic axis and a flat front face adjacent to the chip and
parallèle au plan de capteur.parallel to the collector plane.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique a la forme d'un cylindre avec un axe magnétique et une face avant plate adjacente à la puce et parallèle au plan de capteur, ladite structure magnétique incluant au moins deux aimants permanents, dont l'un présente un pôle N à la face avant, et dont l'autre A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure has the shape of a cylinder with a magnetic axis and a flat front face adjacent to the chip and parallel to the sensor plane, said magnetic structure including at least two permanent magnets, of which one has an N pole on the front, and the other
présente un pôle S à la face avant. has an S pole on the front face.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique a la forme d'un cylindre avec un axe magnétique et une face avant plate adjacente à la puce et parallèle au plan de capteur, ladite structure magnétique incluant au moins un aimant permanent droit et au moins une pièce polaire qui est temporairement magnétisée par sa présence dans la structure magnétique, dont l'un présente un pôle N à la face avant, et dont l'autre présente un pôle A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure has the shape of a cylinder with a magnetic axis and a flat front face adjacent to the chip and parallel to the sensor plane, said magnetic structure including at least one straight permanent magnet and at least one pole piece which is temporarily magnetized by its presence in the magnetic structure, one of which has an N pole on the front face, and the other of which has a pole
S à la face avant.S on the front panel.
Un capteur à effet Hall est fourni dans lequel la structure magnétique a la forme d'un cylindre avec un axe magnétique et une face avant plate adjacente à la puce et parallèle au plan de capteur, ladite structure magnétique incluant au moins deux aimants permanents et au moins une pièce polaire qui est positionnée entre les aimants permanents et qui est temporairement magnétisée par sa présence dans la structure magnétique, les aimants permanents présentant un des pôles magnétiques à la face avant, et la pièce polaire présentant l'autre pôle A Hall effect sensor is provided in which the magnetic structure is in the form of a cylinder with a magnetic axis and a flat front face adjacent to the chip and parallel to the sensor plane, said magnetic structure including at least two permanent magnets and at minus one pole piece which is positioned between the permanent magnets and which is temporarily magnetized by its presence in the magnetic structure, the permanent magnets having one of the magnetic poles on the front face, and the pole piece having the other pole
magnétique à la face avant.magnetic on the front.
La figure 7a concerne une construction conçue antérieurement avec un seul pôle de l'aimant adjacent à l'élément à effet Hall et configurée pour contrôler le passage d'engrenages ferromagnétiques. La figure 7 est un schéma de flux montrant la variation en champ magnétique en fonction de l'entrefer entre l'élément à effet Hall et l'engrenage. Le graphique est en Gauss négatifs, de sorte que la ligne de base (entre les dents) est la courbe supérieure de chaque ligne de données. L'amplitude des lignes de données augmente quand l'entrefer diminue (distance entre dents et capteur). Le champ de ligne de base est extrêmement élevé, c'est-à-dire le champ de force magnétique est de 3000 G (en fait -3000 G puisque le pôle adjacent à la puce à effet Hall est S, de sorte que le flux est négatif) pour l'aimant SmCo utilisé dans ce cas. Pour travailler sur de grands entrefers, une variation de champ magnétique extrêmement faible doit être mesurée sur un grand champ de base. Par exemple, l'entrefer de 80 mil crée un signal de 100 G sur un champ de base de 3000 G. C'est une tâche extrêmement difficile. De plus, dans certains cas, le champ de base se déplace, avec l'entrefer, dû à un parasitage entre dents avoisinantes. Quand on prend en considération un bruit de signal d'arrière-plan, qui est toujours présent dans des situations réelles, le problème FIG. 7a relates to a construction previously designed with a single pole of the magnet adjacent to the Hall effect element and configured to control the passage of ferromagnetic gears. FIG. 7 is a flow diagram showing the variation in magnetic field as a function of the air gap between the Hall effect element and the gear. The graph is in negative Gauss, so the baseline (between the teeth) is the upper curve of each data line. The amplitude of the data lines increases when the air gap decreases (distance between teeth and sensor). The baseline field is extremely high, i.e. the magnetic force field is 3000 G (actually -3000 G since the pole adjacent to the Hall effect chip is S, so that the flux is negative) for the SmCo magnet used in this case. To work on large air gaps, an extremely small variation in magnetic field must be measured over a large base field. For example, the 80 mil air gap creates a signal of 100 G on a basic field of 3000 G. This is an extremely difficult task. In addition, in some cases, the base field moves, along with the air gap, due to interference between neighboring teeth. When we consider background signal noise, which is always present in real situations, the problem
devient encore plus difficile.becomes even more difficult.
La figure 7b est similaire à la figure 7a, excepté que la figure 7b utilise une cible avec des dents plus larges Figure 7b is similar to Figure 7a, except that Figure 7b uses a target with wider teeth
et un espace plus large entre les dents. and a wider space between the teeth.
La figure 8 concerne la configuration lamellée (dans ce cas, S-N-S) de la présente invention et est un schéma du flux à la mise sous tension de la densité de flux en Gauss, pour divers entrefers (distances entre dents et capteur) par rapport à la rotation de la cible (engrenage). La cible est substantiellement la même que celle utilisée sur la figure 7b. Les degrés zéro se trouvent au centre de la dent. La configuration lamellée abaisse le champ de base (à environ -100 G) sur la face de l'élément à effet Hall en amenant les deux pôles du champ magnétique immédiatement à l'arrière de l'élément à effet Hall. La présence proche de pôles opposés sert à court-circuiter les lignes de flux dans le circuit ouvert (quand le creux est présent et non pas la dent). Cela crée un champ bas de ligne de base parce que les lignes de flux magnétique sont parallèles à, et au-dessous de, l'élément à effet Hall dans la puce. Une conception adéquate peut permettre au champ de ligne de base d'approcher zéro Gauss mesuré par l'élément à effet Hall. Quand la dent est présente, le circuit magnétique est modifié et les lignes de flux sont attirées vers la dent et FIG. 8 relates to the laminated configuration (in this case, SNS) of the present invention and is a diagram of the flux at power-up of the flux density in Gauss, for various air gaps (distances between teeth and sensor) relative to the rotation of the target (gear). The target is substantially the same as that used in Figure 7b. The zero degrees are in the center of the tooth. The laminated configuration lowers the base field (to approximately -100 G) on the face of the Hall effect element by bringing the two poles of the magnetic field immediately behind the Hall effect element. The close presence of opposite poles is used to short-circuit the flow lines in the open circuit (when the hollow is present and not the tooth). This creates a baseline baseline because the magnetic flux lines are parallel to, and below, the Hall effect element in the chip. Proper design can allow the baseline field to approach zero Gauss as measured by the Hall effect element. When the tooth is present, the magnetic circuit is modified and the flux lines are drawn towards the tooth and
à travers et perpendiculaires à l'élément à effet Hall. across and perpendicular to the Hall effect element.
Ensuite, l'élément à effet Hall mesure une valeur haute. Then the Hall effect element measures a high value.
Ainsi, la dent crée une diversion ou concentration des lignes de flux et peut aussi effectuer ou minimiser la mise en court-circuit (ou le champ de dispersion) dans le système. Le résultat de cette mise en court- circuit quand la dent est absente, et de diversion ou concentration quand la dent est présente, est représenté par le schéma de flux de la figure 8 qui a été créé en faisant tourner un engrenage à grand pas devant le capteur avec divers Thus, the tooth creates a diversion or concentration of the flux lines and can also effect or minimize the short-circuiting (or the dispersion field) in the system. The result of this short-circuiting when the tooth is absent, and of diversion or concentration when the tooth is present, is represented by the flow diagram of FIG. 8 which was created by spinning a gear with great pitch in front the sensor with various
entrefers entre la périphérie des dents et le capteur. air gaps between the periphery of the teeth and the sensor.
Comme montré, la ligne de base indiquant le creux reste constante et de valeur faible (proche de zéro) au fur et à mesure que l'entrefer varie. Par contre, la densité de flux, indiquant la présence de la dent, chute (la densité négative augmente) au fur et à mesure que l'entrefer diminue. Les densités de flux sont négatives parce que, au niveau de l'élément à effet Hall, les lignes de force magnétique entrent dans les pôles S, comme dans la As shown, the baseline indicating the dip remains constant and of low value (close to zero) as the air gap varies. On the other hand, the flux density, indicating the presence of the tooth, drops (the negative density increases) as the air gap decreases. The flux densities are negative because, at the level of the Hall effect element, the lines of magnetic force enter the S poles, as in the
configuration antérieure, et sont concentrées par la cible. previous configuration, and are concentrated by the target.
Parce qu'il existe une différence très significative et facilement reconnue entre le signal dent-présente et le signal dent-absente, à la mise sous tension, c'est-à-dire quand le système est activé pour la première fois, le capteur de la présente invention fournit une indication très fiable de cette condition très critique, par exemple, dans le distributeur d'un moteur à combustion interne pour Because there is a very significant and easily recognized difference between the tooth-present signal and the tooth-absent signal, at power-up, i.e. when the system is activated for the first time, the sensor of the present invention provides a very reliable indication of this very critical condition, for example, in the distributor of an internal combustion engine for
minimiser la pollution de l'air au démarrage. minimize air pollution at startup.
La convention de signes utilisée dans des capteurs à effet Hall est qu'un flux depuis un pôle N devant le The sign convention used in Hall effect sensors is that a flow from an N pole in front of the
capteur vers un pôle S derrière le capteur est négatif. sensor to an S pole behind the sensor is negative.
La figure 9 est similaire à la figure 8 en ce que les deux concernent la configuration lamellée de la présente invention. La figure 9 est un schéma de flux à la mise sous tension de la densité de flux en Gauss, pour divers entrefers (distance entre dents et capteur) par rapport à la rotation de la cible (engrenage). Les degrés zéro se trouvent au centre de la dent. La configuration lamellée abaisse le champ de base (à environ 75 G) sur la face de l'élément à effet Hall en amenant les deux pôles du champ magnétique vers l'arrière de l'élément à effet Hall. La présence proche de pôles opposés sert à court-circuiter les lignes de flux dans le circuit ouvert (quand le creux est présent et non pas la dent). Cela crée un champ bas de ligne de base parce que les lignes de flux magnétique sont parallèles à, et au-dessous de, l'élément à effet Hall dans la puce. Une conception adéquate peut permettre au champ de base d'approcher zéro Gauss mesuré par l'élément à effet Hall. Quand la dent est présente, le circuit magnétique est modifié et les lignes de flux sont attirées vers la dent et Figure 9 is similar to Figure 8 in that both relate to the laminated configuration of the present invention. FIG. 9 is a flow diagram at power-up of the flux density in Gauss, for various air gaps (distance between teeth and sensor) relative to the rotation of the target (gear). The zero degrees are in the center of the tooth. The laminated configuration lowers the base field (to approximately 75 G) on the face of the Hall effect element by bringing the two poles of the magnetic field towards the rear of the Hall effect element. The close presence of opposite poles is used to short-circuit the flow lines in the open circuit (when the hollow is present and not the tooth). This creates a baseline baseline because the magnetic flux lines are parallel to, and below, the Hall effect element in the chip. An adequate design can allow the basic field to approach zero Gauss measured by the Hall effect element. When the tooth is present, the magnetic circuit is modified and the flux lines are drawn towards the tooth and
à travers et perpendiculaires à l'élément à effet Hall. across and perpendicular to the Hall effect element.
Ensuite, l'élément à effet Hall mesure une valeur haute. Then the Hall effect element measures a high value.
Ainsi, la dent provoque une diversion des lignes de flux de façon à minimiser la mise en court-circuit (ou champ de dispersion) dans le système. Le résultat de cette mise en court-circuit quand la dent est absente, et de diversion quand la dent est présente, est représenté par le schéma de flux de la figure 9 qui a été créé en faisant tourner un engrenage à grand pas devant le capteur à divers entrefers entre la périphérie des dents et le capteur. Comme montré, la ligne de base indiquant le creux reste constante et de valeur faible (proche de zéro) au fur et à mesure que l'entrefer varie. Par contre, la densité de flux provoquée par la présence de la dent augmente avec la réduction de l'entrefer. Le signe du flux est positif, parce que les lignes de flux au niveau de l'élément à effet Hall de cette configuration (N-S-N) sortent des pôles N et sont Thus, the tooth causes a diversion of the flux lines so as to minimize the short-circuiting (or dispersion field) in the system. The result of this short-circuiting when the tooth is absent, and of diversion when the tooth is present, is represented by the flow diagram of FIG. 9 which was created by rotating a gear at high speed in front of the sensor at various air gaps between the periphery of the teeth and the sensor. As shown, the baseline indicating the dip remains constant and of low value (close to zero) as the air gap varies. On the other hand, the flux density caused by the presence of the tooth increases with the reduction of the air gap. The sign of the flux is positive, because the flux lines at the level of the Hall effect element of this configuration (N-S-N) leave the poles N and are
concentrées par la cible.concentrated by the target.
La figure 10 présente un schéma de densité de flux à travers la face d'un aimant en sandwich (N-S-N) dans lequel deux aimants avec des pôles N à la face sont séparés par une pièce polaire qui est alignée sur la face et présente un pôle S à la face. L'aimant en sandwich est large de 8 mm à travers la face, la pièce polaire étant large de 1 mm et les aimants de côté étant larges de 3,5 mm chacun. Au centre de la face et de la pièce polaire, le flux est de -500 G. La valeur est négative parce que le point est adjacent à un pôle S. Quand le point de mesure se déplace latéralement à travers la face, le flux se déplace vers zéro et atteint zéro légèrement en dehors de la limite de l'aimant à pièce polaire. Alors, comme le point de mesure se déplace plus, le flux augmente positivement quand il se déplace à travers le pôle N, jusqu'à une valeur maximale de Figure 10 shows a flow density diagram across the face of a sandwich magnet (NSN) in which two magnets with N poles on the face are separated by a pole piece which is aligned on the face and has a pole S to the face. The sandwich magnet is 8 mm wide across the face, the pole piece being 1 mm wide and the side magnets being 3.5 mm wide each. In the center of the face and of the pole piece, the flux is -500 G. The value is negative because the point is adjacent to an S pole. When the measurement point moves laterally across the face, the flux is moves towards zero and reaches zero slightly outside the limit of the pole magnet. Then, as the measurement point moves more, the flux increases positively when it moves through the N pole, up to a maximum value of
1000 G à 1 mm de la limite de l'aimant à pièce polaire. 1000 G at 1 mm from the limit of the pole piece magnet.
L'outil de mesure sature à, ou n'enregistre pas, une valeur au-dessus de 1000 G. Il convient de comprendre que ce schéma présente seulement la composante de flux The measurement tool saturates at, or does not save, a value above 1000 G. It should be understood that this diagram only presents the flow component
perpendiculaire à la face d'aimant. perpendicular to the magnet face.
La figure 11 montre l'effet de la position d'aimant par rapport à l'arrière de l'élément à effet Hall sur l'intensité du champ de ligne de base, pour un aimant en sandwich avec une pièce polaire en T alignée. Le graphique montre la densité de flux par rapport à la position de Figure 11 shows the effect of the magnet position relative to the rear of the Hall effect element on the strength of the baseline field, for a sandwich magnet with an aligned T-piece. The graph shows the flux density in relation to the position of
l'aimant derrière le dispositif Hall pour divers entrefers. the magnet behind the Hall device for various air gaps.
La figure 12 montre l'effet de reculer la pièce polaire par rapport à la face de l'aimant de Z mm sur la densité de flux de ligne de base (creux présent) à travers la face d'un aimant en sandwich à pièce polaire en T. Il apparaît qu'une valeur Z de 1,25 place le flux de ligne de base Figure 12 shows the effect of moving the pole piece back from the face of the magnet by Z mm on the baseline flux density (hollow present) through the face of a pole piece sandwich magnet in T. It appears that a Z value of 1.25 places the baseline flow
central approximativement à zéro.central approximately zero.
La figure 13 montre un schéma de flux à travers la face d'un aimant en sandwich à pièce polaire en T avec une pièce Figure 13 shows a flow diagram through the face of a T-piece sandwich magnet with a piece
polaire reculée de 1,5 mm.fleece moved back 1.5 mm.
La figure 14 est similaire à la figure 13, excepté que l'aimant utilisé pour générer les données de la figure 14 est un aimant en sandwich dans lequel l'élément central est un aimant droit inversé (ce n'est pas un T et pas seulement Figure 14 is similar to Figure 13 except that the magnet used to generate the data in Figure 14 is a sandwich magnet in which the center element is an inverted straight magnet (this is not a T and not only
une pièce polaire) également reculé de 1,5 mm. a pole piece) also moved back 1.5 mm.
Bien que les principes physiques qui permettent à la présente invention d'atteindre son résultat bénéfique inattendu ne soient pas entièrement compris, le modèle suivant fournit un outil efficace pour concevoir des versions de la présente invention et pour prédire comment elles fonctionneront. Ce modèle est basé sur le modèle de Although the physical principles that allow the present invention to achieve its unexpected beneficial result are not fully understood, the following model provides an effective tool for designing versions of the present invention and for predicting how they will work. This model is based on the model of
circuit" magnétique."magnetic circuit.
La figure 15 montre un détecteur de dent d'engrenage à effet Hall avec un seul pôle du type connu dans l'art antérieur. L'aimant permanent cylindrique 13 présente des extrémités plates en ses pôles N et S. Un capteur à effet Hall 14 est monté à l'extrémité de pôle S. Le plan de détection du capteur est perpendiculaire à l'axe N-S de l'aimant. Parce que le capteur à effet Hall 14 mesure la composante de densité de flux magnétique perpendiculaire au plan de détection du capteur, et parce que les lignes de flux magnétique proviennent de l'infini et se rassemblent ensuite et entrent dans le pôle S de l'aimant, en parallèle à l'axe de l'aimant, le capteur détecte un très grand flux magnétique négatif (grande valeur absolue) dans la configuration normale, et sans matériau ferromagnétique Figure 15 shows a Hall effect gear tooth detector with a single pole of the type known in the prior art. The cylindrical permanent magnet 13 has flat ends at its N and S poles. A Hall effect sensor 14 is mounted at the end of pole S. The sensor detection plane is perpendicular to the axis NS of the magnet . Because the Hall effect sensor 14 measures the magnetic flux density component perpendicular to the detection plane of the sensor, and because the magnetic flux lines come from infinity and then come together and enter the S pole of the magnet, in parallel to the axis of the magnet, the sensor detects a very large negative magnetic flux (large absolute value) in the normal configuration, and without ferromagnetic material
dans le champ de détection, comme le montre la figure 15. in the detection field, as shown in figure 15.
Ainsi, le signal de ligne de base généré par le capteur à effet Hall a une valeur absolue relativement haute. Il est désigné comme la position A sur le graphique du signal Hall de la figure 25 qui montre la valeur absolue du signal Hall. La configuration montrée sur la figure 15 peut être considérée comme une situation dans laquelle l'objet ferromagnétique à détecter est positionné à l'infini par Thus, the baseline signal generated by the Hall effect sensor has a relatively high absolute value. It is designated as position A on the Hall signal graph in Figure 25 which shows the absolute value of the Hall signal. The configuration shown in FIG. 15 can be considered as a situation in which the ferromagnetic object to be detected is positioned at infinity by
rapport au capteur.report to the sensor.
La figure 16 montre une représentation schématique d'un engrenage 11 qui est déplacé jusqu'à une position relativement éloignée du capteur et les dents d'engrenage étant positionnées de part et d'autre du capteur de sorte FIG. 16 shows a schematic representation of a gear 11 which is moved to a position relatively distant from the sensor and the gear teeth being positioned on either side of the sensor so
que le capteur détecte l'espace entre les dents. that the sensor detects the space between the teeth.
L'existence de l'engrenage ferromagnétique dans le champ de flux magnétique amène le flux à se rassembler et se concentrer légèrement en direction de l'axe N-S de l'aimant. Le résultat est que le flux magnétique détecté par le capteur augmente. Cette position, désignée comme position B sur la figure 25, est montrée comme un signal Hall accru. Parce que le signal de base qui serait créé par la position A, comme montrée sur la figure 15, est relativement fort, l'augmentation relativement petite du signal à la position B, montrée sur la figure 16, fournit The existence of the ferromagnetic gear in the magnetic flux field causes the flux to collect and concentrate slightly towards the N-S axis of the magnet. The result is that the magnetic flux detected by the sensor increases. This position, designated as position B in Figure 25, is shown as an increased Hall signal. Because the basic signal that would be created by position A, as shown in Figure 15, is relatively strong, the relatively small increase in signal at position B, shown in Figure 16, provides
un rapport signal/bruit relativement faible. a relatively low signal-to-noise ratio.
Quand l'engrenage, qui est positionné comme montré sur la figure 16, tourne pour amener la dent jusqu'à sa position la plus proche sur la trajectoire de rotation, comme le montre la figure 17, les lignes de flux se rassemblent de façon encore plus significative et la densité de flux perpendiculaire au capteur à effet Hall augmente encore plus. Cette position est montrée à la When the gear, which is positioned as shown in Figure 16, rotates to bring the tooth to its closest position on the rotational path, as shown in Figure 17, the flux lines come together evenly more significant and the flow density perpendicular to the Hall effect sensor increases even more. This position is shown in the
position D de la figure 25.position D of figure 25.
La figure 18 montre un engrenage qui est positionné encore plus proche du capteur. Cette position du capteur provoque un rassemblement des lignes de flux intermédiaires entre la position B et la position D, montrées sur les figures 15 et 16, respectivement. Cela est montré en Figure 18 shows a gear that is positioned even closer to the sensor. This position of the sensor brings together the intermediate flow lines between position B and position D, shown in Figures 15 and 16, respectively. This is shown in
position C sur la figure 25.position C in Figure 25.
La figure 19 montre la rotation de l'engrenage montré sur la figure 18, de sorte que la dent d'engrenage se trouve dans sa position la plus proche du capteur. Cette orientation de la dent et du pôle de l'aimant concentre la quantité maximale de flux directement à travers le capteur Figure 19 shows the rotation of the gear shown in Figure 18 so that the gear tooth is in its position closest to the sensor. This orientation of the tooth and the magnet pole concentrates the maximum amount of flux directly through the sensor
et fournit donc le signal Hall le plus fort. and therefore provides the strongest Hall signal.
Parce que tous les signaux générés par les positions B, C, D, et E sont relativement faibles en comparaison avec le signal de base qui se trouve en position A, le rapport signal/bruit du signal généré quand l'engrenage tourne devant le capteur est relativement faible. Par conséquent, l'entrefer entre la dent d'engrenage et le capteur devient extrêmement critique pour le fonctionnement fiable du Because all the signals generated by positions B, C, D, and E are relatively weak compared to the basic signal which is in position A, the signal-to-noise ratio of the signal generated when the gear rotates in front of the sensor is relatively small. Consequently, the air gap between the gear tooth and the sensor becomes extremely critical for the reliable operation of the
détecteur de dent d'engrenage.gear tooth detector.
La figure 20 montre une vue schématique de la présente invention telle qu'elle correspond à la structure de l'art antérieur montrée sur la figure 15. Sur la figure 20, la face magnétique sur laquelle est monté le capteur à effet Hall 14 est montrée comme une structure lamellée 15. Cette catégorie d'aimants lamellés est parfois appelée aimants "de maintien" parce qu'ils maintiennent très fortement des objets ferromagnétiques en contact avec eux. La structure magnétique montrée sur les figures 20-24 est composée de deux aimants droits standard S-N 16 et 17 montés en parallèle sur une pièce polaire ferromagnétique 18 ayant une coupe transversale en forme de T. Parce que les aimants induisent un champ magnétique dans la pièce polaire, la partie de la pièce polaire adjacente et entre les extrémités S de l'aimant devient un pôle N virtuel. Donc, l'aimant agit comme s'il y avait un pôle N entre les deux pôles S. Comme le montre la figure 20, l'effet de cette disposition de l'aimant provoque un "court-circuit" des lignes de flux magnétiques de sorte que, au lieu d'irradier vers l'extérieur de la face de l'aimant vers l'infini le long de l'axe magnétique, les lignes de flux adjacentes à l'axe ont tendance à se déplacer sous une forme hautement concentrée depuis le pôle N de la pièce polaire jusqu'à chaque pôle S. La partie de la pièce polaire centrale qui s'étend vers l'extérieur et couvre les extrémités arrière des éléments d'aimant est appelée plateau. Elle peut faire partie de la pièce polaire centrale ou elle peut être une pièce polaire séparée. Elle peut aussi être utilisée quand l'élément central est un aimant permanent. L'effet pertinent du plateau est d'augmenter la portée avant du champ magnétique devant la structure magnétique et, de ce fait, d'augmenter Figure 20 shows a schematic view of the present invention as it corresponds to the structure of the prior art shown in Figure 15. In Figure 20, the magnetic face on which the Hall effect sensor 14 is mounted is shown as a laminated structure 15. This category of laminated magnets is sometimes called "holding" magnets because they very strongly hold ferromagnetic objects in contact with them. The magnetic structure shown in Figures 20-24 is composed of two standard straight magnets SN 16 and 17 mounted in parallel on a ferromagnetic pole piece 18 having a T-shaped cross section. Because the magnets induce a magnetic field in the room pole, the part of the pole piece adjacent to and between the ends S of the magnet becomes a virtual pole N. Therefore, the magnet acts as if there was an N pole between the two S poles. As shown in Figure 20, the effect of this arrangement of the magnet causes a "short circuit" of the magnetic flux lines so that instead of radiating outward from the face of the magnet to infinity along the magnetic axis, the flux lines adjacent to the axis tend to move in a highly concentrated from the pole N of the pole piece to each pole S. The part of the central pole piece which extends outwards and covers the rear ends of the magnet elements is called the plate. It can be part of the central pole piece or it can be a separate pole piece. It can also be used when the central element is a permanent magnet. The relevant effect of the plate is to increase the front range of the magnetic field in front of the magnetic structure and, therefore, to increase
la capacité du capteur.the capacity of the sensor.
Comme il apparait sur la figure 20, les lignes de flux qui sont près de l'axe de l'aimant et de l'élément à effet Hall, depuis le pôle N de la pièce polaire jusqu'à chacun des pôles S, sont hautement concentrées très près de la surface extrême de l'aimant et se déplacent essentiellement radialement vers l'extérieur depuis le pôle N et l'axe de l'aimant, et en parallèle au plan du capteur à effet Hall, jusqu'aux pôles S. Par conséquent, bien qu'il y ait une densité de flux magnétique très forte très près de la surface de l'aimant, la densité au niveau de l'élément à effet Hall est réduite de façon très significative ou presque inexistante. En outre, parce que le capteur à effet Hall détecte seulement la composante de flux magnétique qui est perpendiculaire au plan de l'élément à effet Hall, le capteur à effet Hall détecte effectivement aucun flux magnétique dans la configuration novatrice montrée sur la figure 20. Cela correspond à la position de dent F sur la figure 25 ou une situation o l'objet ferromagnétique à détecter se trouve à l'infini. Le signal Hall s'approche de zéro. La figure 21 montre l'effet de déplacer l'engrenage 11 à détecter vers une position relativement éloignée du capteur. Parce que la densité de flux dans la présente invention réside aussi près de la face de l'aimant, la présence de l'engrenage avec sa dent chevauchant le capteur n'a presque aucun effet sur le capteur. Cette position, montrée à la position G sur la figure 25, n'a qu'un petit As it appears in figure 20, the flux lines which are near the axis of the magnet and the Hall effect element, from the pole N of the pole piece to each of the poles S, are highly concentrated very close to the extreme surface of the magnet and move essentially radially outwards from the N pole and the axis of the magnet, and in parallel with the plane of the Hall effect sensor, up to the S poles. Therefore, although there is a very high magnetic flux density very close to the surface of the magnet, the density at the Hall element is very significantly reduced or almost non-existent. Furthermore, because the Hall effect sensor only detects the magnetic flux component that is perpendicular to the plane of the Hall effect element, the Hall effect sensor effectively detects no magnetic flux in the innovative configuration shown in Figure 20. This corresponds to the tooth position F in Figure 25 or a situation where the ferromagnetic object to be detected is at infinity. The Hall signal is approaching zero. FIG. 21 shows the effect of moving the gear 11 to be detected towards a position relatively distant from the sensor. Because the flux density in the present invention also resides near the face of the magnet, the presence of the gear with its tooth overlapping the sensor has almost no effect on the sensor. This position, shown at position G in Figure 25, has only a small
ou presque aucun effet sur le signal Hall. or almost no effect on the Hall signal.
La figure 22 montre l'effet quand l'engrenage montré sur la figure 21 tourne pour amener la dent près du capteur. Cette position est montrée à la position I sur la figure 25. Comme on peut le voir, la position proche de la dent d'engrenage attire le flux magnétique, qui entre dans les pôles S, axialement vers l'intérieur et concentre les lignes de flux près de l'axe de l'aimant et de l'élément à effet Hall. Par conséquent, une quantité substantielle de lignes de flux passent réellement à travers l'élément à effet Hall et ont de façon significative des composantes perpendiculaires au plan de l'élément à effet Hall. Par conséquent, le signal qui est généré à la position I est substantiellement au-dessus de la position entre deux dents de la position G en valeur absolue, c'est-à-dire, dans la Figure 22 shows the effect when the gear shown in Figure 21 turns to bring the tooth close to the sensor. This position is shown at position I in Figure 25. As can be seen, the position close to the gear tooth attracts the magnetic flux, which enters the poles S, axially inward and concentrates the lines of flux near the axis of the magnet and the Hall effect element. Therefore, a substantial amount of flow lines actually pass through the Hall element and have significantly components perpendicular to the plane of the Hall element. Therefore, the signal that is generated at position I is substantially above the position between two teeth of position G in absolute value, that is, in the
configuration S-N-S, une valeur plus négative. S-N-S configuration, a more negative value.
La figure 23 montre un agencement dans lequel l'engrenage, bien que toujours à la position entre deux dents, est placé encore plus près du capteur que dans les agencements montrés sur les figures 21 et 22. Comme avec les autres positions entre deux dents montrées sur la figure 21, la présence de l'engrenage dans son orientation entre deux dents n'est pas suffisante pour concentrer axialement ou attirer des quantités significatives de lignes de flux à travers l'élément à effet Hall. Par conséquent, comme le désigne la position H sur la figure , il n'y a aucune augmentation significative au niveau du Figure 23 shows an arrangement in which the gear, although still in the position between two teeth, is placed even closer to the sensor than in the arrangements shown in Figures 21 and 22. As with the other positions between two teeth shown in FIG. 21, the presence of the gear in its orientation between two teeth is not sufficient to axially concentrate or attract significant quantities of flux lines through the Hall effect element. Therefore, as position H in the figure indicates, there is no significant increase in the
signal avec cette orientation.signal with this orientation.
La figure 24 montre une position dans laquelle la rotation de l'engrenage positionné sur la figure 23 déplace la dent au plus près du capteur. Comme on peut le voir sur la figure 24, l'effet du ferromagnétisme de l'engrenage concentre axialement ou attire une très grande quantité du flux et de lignes de flux à travers le capteur à effet Hall. En raison de la densité substantielle du flux à travers le, et perpendiculaire au, plan du capteur, le signal spécifié sur la figure 25 comme étant généré par la position J, figure 24, est relativement fort (très négatif), particulièrement par rapport au signal entre deux dents de la position H. En outre, il est relativement fort en comparaison avec la position de ligne de base à la position F, et donc le rapport signal/bruit de l'agencement Figure 24 shows a position in which the rotation of the gear positioned in Figure 23 moves the tooth closest to the sensor. As can be seen in Figure 24, the effect of the ferromagnetism of the gear axially concentrates or attracts a very large amount of flux and flux lines through the Hall effect sensor. Due to the substantial density of the flux across, and perpendicular to, the plane of the sensor, the signal specified in Figure 25 as being generated by position J, Figure 24, is relatively strong (very negative), particularly compared to the signal between two teeth of position H. In addition, it is relatively strong in comparison with the position of baseline at position F, and therefore the signal / noise ratio of the arrangement
est relativement grand.is relatively large.
Les figures 26-41 présentent une série de structures magnétiques qui représentent les principes de la présente invention en ce qu'elles présentent au moins deux pôles différents à une simple face. La figure 26 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut quatre pôles magnétisés et une face. La figure 27 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut deux pôles, une face, et un plateau en acier. La figure 28 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut quatre pôles, une face avec un plateau en acier. La figure 29 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut un pôle parallèle à l'épaisseur avec un plateau en acier et un pôle central. La figure 30 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut un pâle parallèle à l'épaisseur avec une coupelle en acier. La figure 31 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut un pôle parallèle à Figures 26-41 show a series of magnetic structures which represent the principles of the present invention in that they have at least two different poles with a single face. Figure 26 is a perspective view of a magnetic structure which includes four magnetized poles and one face. Figure 27 is a perspective view of a magnetic structure which includes two poles, one face, and a steel plate. Figure 28 is a perspective view of a magnetic structure which includes four poles, one side with a steel plate. Figure 29 is a perspective view of a magnetic structure which includes a pole parallel to the thickness with a steel plate and a central pole. Figure 30 is a perspective view of a magnetic structure which includes a blade parallel to the thickness with a steel cup. Figure 31 is a perspective view of a magnetic structure which includes a pole parallel to
l'épaisseur avec une coupelle en acier et un pôle central. thickness with a steel cup and a central pole.
La figure 32 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut trois aimants alternatifs avec un Figure 32 is a perspective view of a magnetic structure which includes three alternating magnets with a
plateau en acier.steel tray.
La figure 33 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut un pôle parallèle à l'épaisseur avec une cornière en acier. La figure 34 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut un pôle parallèle à l'épaisseur avec un canal en acier. La figure est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut des pôles parallèles à l'épaisseur avec deux plateaux latéraux en acier. La figure 36 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut deux pôles magnétisés et une face (traversant). La figure 37 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut trois pôles magnétisés et une face (traversant). La figure 38 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut deux pôles magnétisés et une face (traversant), avec un plateau en acier. La figure 39 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut deux aimants avec un plateau en acier. La figure 40 est une vue en perspective d'une structure magnétique qui inclut trois pôles magnétisés et une face (traversant), avec un plateau en acier. La figure 41 est une série de vues en perspective de structures magnétiques qui Figure 33 is a perspective view of a magnetic structure which includes a pole parallel to the thickness with a steel angle. Figure 34 is a perspective view of a magnetic structure which includes a pole parallel to the thickness with a steel channel. The figure is a perspective view of a magnetic structure which includes poles parallel to the thickness with two lateral steel plates. Figure 36 is a perspective view of a magnetic structure which includes two magnetized poles and a face (through). Figure 37 is a perspective view of a magnetic structure which includes three magnetized poles and one face (through). Figure 38 is a perspective view of a magnetic structure which includes two magnetized poles and one face (through), with a steel plate. Figure 39 is a perspective view of a magnetic structure which includes two magnets with a steel tray. Figure 40 is a perspective view of a magnetic structure which includes three magnetized poles and one face (through), with a steel plate. Figure 41 is a series of perspective views of magnetic structures which
présentent des pôles multiples à une seule face. have multiple poles on one side.
La figure 42 montre un ensemble de capteur 10 de la présente invention dans une situation typique d'application. Dans ce cas, l'ensemble de capteur 10 est positionné avec sa surface avant face à la périphérie extérieure d'une roue dentée d'engrenage 101 ayant des dents 102. La roue d'engrenage 101 est coaxiale avec, et connectée à, une roue montée sur essieu d'un véhicule, de sorte que la rotation de la roue 103 du véhicule est Figure 42 shows a sensor assembly 10 of the present invention in a typical application situation. In this case, the sensor assembly 10 is positioned with its front surface facing the outer periphery of a gear toothed wheel 101 having teeth 102. The gear wheel 101 is coaxial with, and connected to, a wheel mounted on the axle of a vehicle, so that the rotation of the wheel 103 of the vehicle is
proportionnelle à la rotation de l'engrenage 101. proportional to the rotation of the gear 101.
L'ensemble de capteur 10 est capable de contrôler le passage des engrenages devant la face du capteur 10 et de produire un signal électrique lié à la vitesse à laquelle les dents passent devant le capteur 10. Le signal électrique est traité dans un processeur de signaux 105 qui, à son tour, passe le signal à l'utilisateur sous une forme adéquate pour l'utilisation. Par exemple, le capteur peut être utilisé pour déterminer la vitesse d'un véhicule, pour déterminer la vitesse d'un moteur, et pour commander l'allumage de bougies en contrôlant la position d'une came The sensor assembly 10 is capable of controlling the passage of the gears in front of the face of the sensor 10 and of producing an electrical signal linked to the speed at which the teeth pass in front of the sensor 10. The electrical signal is processed in a signal processor 105 which in turn passes the signal to the user in a form suitable for use. For example, the sensor can be used to determine the speed of a vehicle, to determine the speed of an engine, and to control the ignition of spark plugs by controlling the position of a cam.
dans un distributeur.in a distributor.
La figure 43 est un modèle informatique de l'effet d'une cible ferromagnétique rectangulaire lla sur le champ magnétique autour d'une structure magnétique 15a représentant les principes de la présente invention. La structure magnétique 15a a deux aimants 16a et 17a, et une pièce polaire en forme de T 18a qui a une pièce centrale et un plateau. La pièce centrale est reculée par rapport à la Figure 43 is a computer model of the effect of a rectangular ferromagnetic target 11a on the magnetic field around a magnetic structure 15a representing the principles of the present invention. The magnetic structure 15a has two magnets 16a and 17a, and a T-shaped pole piece 18a which has a center piece and a tray. The central part is moved away from the
face avant (vers la cible) de la structure magnétique. front face (towards the target) of the magnetic structure.
La figure 44 correspond à la figure 43 et montre comment le déplacement de la cible lla vers la structure magnétique fait que les lignes de flux entre la cible et la structure magnétique se concentrent axialement vers l'intérieur. Un élément à effet Hall sur l'axe et entre la cible et la structure magnétique verrait une plus grande densité de flux au fur et à mesure que la cible se déplace vers la structure magnétique. Ce modèle soutient l'explication que le champ magnétique sans cible a une "zone neutre" magnétique le long de l'axe de l'aimant et devant le champ de dispersion, près de la face avant de la structure magnétique. Un capteurde champ magnétique placé dans cette "zone neutre" ne détecterait que très peu ou aucun flux magnétique quand aucune cible n'est présente, mais détecterait un flux quand les lignes de flux longitudinales sont attirées axialement vers l'intérieur FIG. 44 corresponds to FIG. 43 and shows how the displacement of the target 11a towards the magnetic structure causes the lines of flux between the target and the magnetic structure to concentrate axially inwards. A Hall effect element on the axis and between the target and the magnetic structure would see a higher flux density as the target moves towards the magnetic structure. This model supports the explanation that the targetless magnetic field has a magnetic "neutral zone" along the axis of the magnet and in front of the scattering field, near the front of the magnetic structure. A magnetic field sensor placed in this "neutral zone" would detect very little or no magnetic flux when no target is present, but would detect a flux when the longitudinal flux lines are drawn axially inwards
par le capteur par la présence de la cible. by the sensor by the presence of the target.
Comme évoqué ci-dessus, une structure magnétique alternative peut être sélectionnée qui présente seulement As mentioned above, an alternative magnetic structure can be selected which has only
un pôle N et un pôle S à l'arrière de la puce de capteur. an N pole and an S pole on the back of the sensor chip.
La figure 45 montre la densité de flux à travers la face d'une structure magnétique qui présente seulement un pôle N Figure 45 shows the flux density across the face of a magnetic structure that has only one N pole
et un pôle S à l'arrière de la puce de capteur. and an S pole on the back of the sensor chip.
La figure 46 montre le signal de passage de l'engrenage produit par la structure magnétique montrée sur la figure 45. Celui-ci est inférieur aux trois structures polaires, FIG. 46 shows the gear passing signal produced by the magnetic structure shown in FIG. 45. This is less than the three polar structures,
mais est utilisable et peut être moins coûteux à produire. but is usable and may be less expensive to produce.
Bien que cette description ait porté sur l'utilisation Although this description has focused on the use
d'un élément à effet Hall dans un détecteur de flux magnétique, le concept de la présente invention peut être appliqué à un substitut de l'élément à effet Hall, appelé élément magnétorésistant. Les caractéristiques de ce type of a Hall effect element in a magnetic flux detector, the concept of the present invention can be applied to a substitute for the Hall effect element, called a magnetoresistive element. Characteristics of this type
de dispositif sont spécifiées sur la figure 47. are specified in Figure 47.
L'utilisation de l'élément magnétorésistant dans la présente invention nécessiterait que les différences entre les deux dispositifs soient reconnues, et en particulier qu'il soit reconnu que le dispositif Hall est un dispositif à différence de tension qui détecte un flux perpendiculaire à son plan, tandis que l'élément magnétorésistant est un dispositif de résistance qui détecte un flux parallèle au The use of the magnetoresistive element in the present invention would require that the differences between the two devices be recognized, and in particular that it be recognized that the Hall device is a voltage difference device which detects a flow perpendicular to its plane. , while the magnetoresistive element is a resistance device which detects a flow parallel to the
plan du dispositif et perpendiculaire au flux de courant. plane of the device and perpendicular to the current flow.
Il est évident que des modifications mineures peuvent être apportées au niveau de la forme et de la construction de l'invention sans s'éloigner de l'esprit matériel de celle-ci. Cependant, il n'est pas souhaité de limiter It is obvious that minor modifications can be made in terms of the form and construction of the invention without departing from the material spirit thereof. However, it is not desired to limit
l'invention à la forme exacte montrée et décrite ici. the invention in the exact form shown and described here.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
CD | Change of name or company name |
Owner name: ALLEGRO MICROSYSTEMS, LLC, US Effective date: 20130821 |
|
CJ | Change in legal form |
Effective date: 20130821 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 20 |